CN111373558B - 用于锁定并且用于解锁的执行器设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种执行器设备，其包括至少一个固态执行器(130)和与固态执行器(130)机械串联的液压单元(120)，其中，液压单元(120)具有被填充以液压液体(195)的液压体积。在用于夹持夹持体的方法中使用这样的执行器设备且执行器设备的固态执行器尤其取决于夹持体的运动变量地来控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于锁定锁定体的和用于解锁锁定体的执行器设备(Aktoreinrichtung)以及方法。
背景技术
在使用工具或其他装置的情形中，在许多情况中存在完成工具或装置的运动部分的突然锁定的必要性。这样的必要性经常出于安全性考虑得出，例如在电锯的情况中。如果例如用户的手到达锯子处，则锯子须被停止。在此，尤其例如锯片的低延迟的锁定是重要的，因为在锁定之前每附加一毫秒的延迟可能造成巨大的伤害。因此，对于这样的应用而言需要允许在若干毫秒内锁定工具或装置的可运动部分的执行器设备。
已知机电式工作的执行器设备。这样的执行器设备通常具有大于10毫秒的执行时间且因此工作太缓慢。
备选地，已知包括化学爆燃式驱动的执行器设备。然而这样的执行器设备一方面不可充分安全地运行。另一方面，这样的执行器设备仅可较差地控制或调节。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种执行器设备，利用其可足够快速地且受控制地锁定并且由此固定可运动的锁定体。此外，本发明的目的是说明一种用于锁定锁定体的方法，其可足够迅速且运行安全地来实施。
本发明的该目的利用带有如下特征的执行器设备：
构造用于锁定的执行器设备，带有固态执行器和与所述固态执行器机械串联的液压单元，其中，所述液压单元具有被填充以液压液体的液压体积，
以及利用带有如下特征的用于锁定锁定体的方法：
用于借助于上述的执行器设备夹持夹持体的方法，在其中所述固态执行器受控制，来实现。本发明的优选的改进方案在接下来的说明书和附图中说明。
根据本发明的执行器设备构造用于锁定并且包括固态执行器和与固态执行器机械串联的液压单元。在此，根据本发明的执行器设备的液压单元具有可填充且优选被填充以液压液体的液压体积。
液压体积可尤其大致完全被填充以液压液体。优选地，液压液体应如此程度地填满液压体积，使得通过该液压液体实现力和/或机械运动能量在液压单元的不同元件之间(尤其在驱动元件与从动元件之间)的传递。
所提及的特征，即固态执行器与液压单元“机械串联”，在当前上下文中应理解成，固态执行器和液压单元连接成使得固态执行器的一部分的机械运动可被传递到液压单元的对应的部分上。液压单元尤其设计成将液压设备的对应部分的该运动传递到(尤其外部的)待运动的元件上，其中，这样的传递通常可与特定的传动比并且/或者与多个单个运动的整合相联系。该元件优选地具有用于夹持以夹持体形式的锁定体的夹持面和/或用于锁止(也就是说用于形状配合地固定)以形状配合体形式的锁定体的凸缘。这也就是说在本发明的意义中的锁定优选应被理解为夹持，其中，借助于执行器设备可固定以夹持体形式的锁定体。备选地或附加地，在本发明的意义中的锁定可应被理解为形状配合的锁定，即锁止，其中，锁定体借助于液压单元且优选地尤其附加的元件可被形状配合地固定并且以此构造成形状配合体。合适地，形状配合体包括凹槽而该元件包括与凹槽对应的凸缘。备选地且同样优选地，该元件包括凹槽而形状配合体包括与凹槽对应的凸缘。该元件可以是液压单元的组成部分或是附加的、也就是说“外部的”元件，其与液压单元机械串联。优选地，该元件是根据本发明的执行器设备的组成部分。
有利地，固态执行器(如其在根据本发明的执行器设备中所设置的那样)具有较高的机械固有频率并且由此具有带有同时较高的调节力的较短的调节时间。尤其地，这样的固态执行器的偏转时间可以为至少20微秒、优选地最高50微秒和/或最高100毫秒。借助于在根据本发明的执行器设备中所设置的串联的液压单元此外可特别低延迟且几乎无损耗地传递固态执行器的偏转，使得借助于执行器设备由于固态执行器的操控可引起锁定体的几乎即时的锁定。因此，可在无明显时间延迟的情形中释放锁定体或者阻止其运动。因此，借助于根据本发明的执行器设备可被特别迅速来切换。合适地，根据本发明锁定时间和/或解锁时间可至少为50微秒和/或最高为100毫秒。
有利地，根据本发明的执行器设备可被无破坏性地利用。尤其与爆燃式驱动相比，根据本发明的执行器设备因此不仅可一次性地而且可重复地利用。因为根据本发明的执行器设备可被回置到初始的状态中，使得执行器设备可重新使用。另外有利地，根据本发明的执行器设备由于取消爆燃式驱动可对于可能存在的周围设备而言无损地并且由此特别运行安全地来使用。
由于根据本发明所设置的液压单元，根据本发明的执行器设备此外机械低磨损地来构造。
优选地，根据本发明的执行器设备此外包括锁定体，其可利用执行器设备来锁定。备选地，可锁定不必然是根据本发明的执行器设备的部分的锁定体。
在本发明的一优选的改进方案中，执行器设备具有弹簧元件和/或驱动元件，其尤其在锁定体处布置且构造用于力加载锁定体并且/或者用于驱动锁定体。以该方式，锁定体可被加载以较高的力，其可使锁定体加速，只要锁定体未被锁定。当在根据本发明的执行器设备的情形中或借助于根据本发明的执行器设备锁定体被锁定并且由此在其运动方面被固定时，借助于根据本发明的执行器设备或在根据本发明的执行器设备的情形中可使锁定体的运动迅速开始和/或停止。
适宜地，在根据本发明的执行器设备的情形中弹簧元件或驱动元件具有蓄压器和/或磁体和/或弹簧。借助于蓄压器和/或磁体或借助于弹簧，锁定体可有利地以结构简单的方式被加载以较高的力。
合适地，根据本发明的执行器设备具有至少一个夹持面，其构造用于摩擦配合地接合尤其以夹持体形式的锁定体。在本发明的该改进方案中，锁定体可容易地通过在倾斜于、尤其垂直于锁定体的预设的运动方向的方向上的力加载在其运动方面被固定。显然，锁定体的运动无须是锁定体的重心运动。原则上同样是充分的且可能的是，锁定体的表面相对于液压单元可运动且可通过锁定来固定，例如在锁定体单纯转动的情况中，所述转动刚好不包括锁定体的重心运动。
根据本发明的执行器设备在以夹持形式的锁定的情况中优选地构造用于周向地优选全周向地夹持夹持体。借助于夹持体的周向夹持可利用较大的接触面用于摩擦配合地固定夹持体。因此，在本发明的该改进方案中可实现特别大的到夹持体上的夹持力。
优选地，锁定体除了为了形状配合必要时所设置的凹槽和/或凸缘之外具有柱形的、优选地圆柱体的形状并且合适地形成轴。备选地或附加地，锁定体具有多边形的横截面。适宜地，在以夹持形式的锁定的情况中的锁定体中(即在夹持体中)夹持面具有相对于夹持体完全或至少部分对应的形状。在该改进方案中，夹持衬套因此有利地实现。
借助于在该改进方案中所实现的夹持衬套，利用根据本发明的执行器设备可获得数千牛顿的夹持力。在锁定借助于形状配合的情况中可获得类似的保持力。然而，对于切换这样的夹持力而言必要的能量仅为大约1焦耳。因此，借助于根据本发明的执行器设备，较高的切换力可借助于特别少的能量(例如借助于电池如尤其纽扣电池来提供)来控制。根据本发明的执行器设备(尤其当执行器设备具有夹持体时)可类似于可电气运行的保持磁体(Haltmagnet)地被使用，尤其鉴于所设置的使用目的。
在本发明的一优选的改进方案中，在根据本发明的执行器设备的情形中液压液体是或包括液态金属。
液态金属此处应被理解为一种在执行器设备的运行状态中具有液态的物态的金属(即金属元素亦或多种金属元素的合金)。例如，液态金属在室温和液压单元的运行压力的情形中可在液态状态中存在。特别有利地，在相比室温或根据本发明的执行器设备的运行温度更低的温度的情形中同样也可在液态状态中存在，然而这对于本发明的正常工作而言不是强制必需的。
根据本发明的执行器设备的该改进方案的实质优点在于，即，液态金属相比常规液压液体具有明显更小的可压缩性。由此机械损耗降低并且根据本发明的执行器设备的效率相比现有技术提高。根据本发明的执行器设备的另一优点在于，即，液态金属的热膨胀系数通常明显低于在常规液压液体的情形中。由此有利地减小液压单元的由于温度波动引起的机械状态变化。虽然液态金属的粘性和密度通常高于常规液压液体的。然而可接受与此相联系的缺点，以便在运行执行器设备时获得所提及的优点。尤其在这样的执行器设备的液压单元中液体体积典型地相对较小的情形中，所发生的液压液体的粘性和/或密度的提高可被较好地容忍。
有利地，在该改进方案中根据本发明的执行器设备由于在很大程度上不可压缩的液压液体以及由于相对较小的热膨胀系数因此相对于机械公差和温度膨胀是极其稳固的。
由于带有液压液体的较小体积以及较小可压缩性的液压单元的可构造性，根据本发明的执行器设备在该改进方案中此外可具有特别小的固有频率，使得明显在一微秒以下的执行时间有可能。
液压液体可有利地包括镓和/或铟和/或锡和/或水银。这样的金属有利地是合适的成分，以便在金属合金中达到较低的熔点。特别有利地，液压液体不仅具有镓而且具有铟和锡。根据本发明的一特别优选的改进方案，其甚至仅由三种所提及的金属构成。尤其地，液压液体可以是一种合金，其在学术界以镓铟锡合金的名称已知。镓铟锡合金是一种易熔合金，其具有大约68.5重量百分比的镓以及大约21.5重量百分比的铟和大约10重量百分比的锡。这样的合金具有大约-19℃的非常低的熔点。其它合适的低熔点的合金尤其以Indalloy51和Indalloy 60的名称可从在Utica,NY的美国公司Indium Corporation获得。另外的合适的基于镓的合金尤其是在专利文献US5800060B1和US7726972B1中所描述的合金。其除了三种所提及的特别优选的金属之外也可包括其它金属例如锡的添加物(尤其在大约2与10重量百分比之间)。
所描述的以镓和/或铟和/或锡形成的合金具有优点，即，其具有较小毒性且因此关于健康和环境破坏是相对无害的。水银同样是一种合适的液态金属或对于较低熔点合金而言的合适的合金组成部分，但是具有根本上的缺点，即，其毒性较强。然而因为执行器设备的液压单元的液压体积原则上可非常良好不透气地相对于外部周围环境被密封，所以也不排除水银或含水银的合金的使用且对于特定的应用而言同样可能是有利的。
一般地且不取决于其精确的组成，液压液体可以是易熔合金。这种合金是特别优选的，因为以其相比以其各个金属成分可实现明显更低的熔点。
此外通常是特别优选的是，如果液压液体在常压下在20℃时、适宜地在0℃时、尤其地甚至在-10℃时并且理想地在-20℃时的情形中是液态的。换而言之，液态金属那么至少直至所提及的温度之下且可能甚至还在更低的温度的情形中在液态状态中。这样低熔点的液态金属特别好地适合作为用于所描述的应用的液压液体，即使当根据本发明的执行器设备的运行温度明显处在所提及的温度之上时。在每种情况中，在如此低的熔化温度的情形中对于根据本发明的执行器设备而言的运行温度的选择不特别强烈地受限制。对于执行器设备的运行而言通常有利的是，如果运行温度不仅接近，而且明显处在所使用的液态金属的熔化温度之上。例如，在运行温度与熔化温度之间的间隔可处在至少10℃。在温度方面的这样的安全间隔尤其也有利地影响液压液体的粘性，因为该粘性那么比在熔点的紧邻的附近更低。备选地或附加地且同样优选地，液压液体在执行器设备的运行温度的情形中且在工作压力的情形中是液态的。
根据本发明的一优选的改进方案，液压液体的压缩模量处在10GPa之上、例如在20GPa与60GPa之间。这样高的压缩模量可通过应用液态金属来容易地实现且引起，在液压单元中的机械损耗较低且相应地执行器设备的效率较高。
根据本发明的另一优选的改进方案，液压液体的热膨胀系数处在0.0011/K之下、尤其地在0.000151/K之下。这样低的热膨胀系数可通过应用液态金属来容易地实现且引起，在运行执行器设备的情形中的温度波动仅引起在液压设备的各个元件中较小的位置变化。
根据本发明的另一通常优选的改进方案，液态金属的粘性处在0.5mm2/s之上、例如在1mm2/s与100mm2/s之间。如此高的粘性有助于降低在各个管路件之间的泄漏且因此有助于维持需要的压力梯度。
根据本发明的另一通常优选的改进方案，液态金属的密度处在8g/cm3之下、例如在5g/cm3与7g/cm3之间。如此低的密度有助于降低在液压单元中的损耗且因此有助于执行器设备的良好的效率。
对于作为液压液体的液态金属而言的此处所提及的材料参数相应地应适用于执行器设备的运行条件，即适用于其运行温度和运行压力。在此，运行温度可尤其处在室温的情形中且材料参数可作为在室温的情形中的参数来详细说明。
液压设备的液压体积(其大致相应于对于优选地所使用的液态金属而言的所使用的液体体积)通常可优选地处在10毫升之下。如此低的液体体积是通常有利的，以便在液压单元运行时将液压液体的机械损耗(尤其摩擦损耗和压缩损耗)保持尽可能少。这通常也适用于常规的液压液体。在与液态金属的有利的特性的组合中，所提及的较低的液体量然而有利地还更加有助于将损耗和热影响降低到最小量。
液压体积(尤其液压单元的驱动室和从动室和液压管路)的边界壁特别有利地由或以一种材料形成并且/或者被涂覆以一种材料，其在与优选地所使用的相应的液态金属持久接触的情形中也是化学稳定的。许多金属在与液态镓或含镓的合金的较久的接触中是易腐蚀的。为了保护边界壁免受这样的腐蚀，这些边界壁可由耐蚀材料形成并且/或者设有耐蚀保护层。合适的耐蚀材料是耐火金属，例如钽、钨或钌。但是足够纯的铁或钢(尤其由Carpenter Steel公司以Consumet名称所销售的材料)、镍、氮化钛(TiN)或类金刚石的涂层相对于含镓的液态金属也可以是高度稳定的。
通常优选地，该液压单元构造成将从固态执行器出发的运动以不等于1的传动比传递到待运动的元件、尤其构造用于夹持的夹钳或设有凸缘和/或凹槽的形状配合元件上，该形状配合元件构造用于借助于形状配合部固定锁定体。在此，所提及的“待运动元件”无须必然是液压单元的部分。传动比可尤其小于1地来选择，使得在液压单元的流出侧(即尤其与待运动的元件相连接的侧面或具有该元件的侧面)上的机械行程大于在液压单元的流入侧(即与固态执行器相连接的侧面)上的行程。以该方式，对于根据本发明的执行器设备而言相比对于单个固态执行器而言可获得更大的行程。以该方式可至少部分补偿最大行程较小的缺点，其存在于许多这样的固态执行器中。
在根据本发明的执行器设备的一优选的改进方案中，液压单元具有至少一个驱动室和从动室且优选具有连接驱动室和从动室的液压管路。备选地，驱动室和从动室可直接地、也就是说不带有中间的液压管路地互相连接且彼此靠近地布置。这些腔室且必要时该管路的内腔那么形成所提及的液压体积的至少一部分。在此然而不应排除，液压体积附加地还包括另外的此处未提及的部分、尤其还包括另外的腔室和/或管路。附加地，液压体积可尤其以在体积的各个组成部分之间的一个或多个阀来形成。
带有如此设计的液压单元的执行器设备特别良好地适合用于通过驱动室和从动室的相应的设计方案调整对于液压单元而言的经预先确定的传动比。因此，尤其在固态执行器行程较小的情形中也可在液压单元的从动室中实现相对较大的行程。换而言之，通过在固态执行器与液压单元之间的相互配合可获得执行器设备的对于使执行器设备运动而言的有利于锁定的传动比。
驱动室可尤其具有相关联的驱动元件并且/或者从动室可具有相关联的驱动元件。这些驱动元件和从动元件可尤其是活塞元件或类似起作用的元件，其适宜地与固态执行器运动联接。驱动室和从动室可例如设计为气缸或设计为波纹管(Faltenbalge)。
期望的传动比在这种液压单元中尤其可通过相应的驱动室和从动室的不同形状和/或大小并且/或者通过驱动元件和从动元件的不同选择来调节。
在任意情况中通常优选的是，如果液压单元具有至少一个部分限制驱动室的驱动元件，其借助于固态执行器可运动。在此，通过使驱动元件运动可引起液压液体在驱动室与从动室之间的流动。液压单元附加地可具有至少一个部分限制从动室的驱动元件，其又可通过流动的液压液体来运动且在液压单元的出口侧上可使尤其外部的待运动的元件运动。尤其地，借助于固态执行器、优选地借助于如先前所描述的那样的驱动元件液压液体可从从动室运动到驱动室中，并且/或者可引起从动室的压力降低。以该方式，借助于操控固态执行器可引起从动室的压力降低。尤其地，借助于从动室的压力加载可锁定锁定体且借助于从动室的压力降低可释放锁定体。因此，在本发明的该改进方案中通过使固态执行器偏转能够释放锁定体。
但是通常也可能且有利的是，如果对于运动而言达到大于1的传动比。这尤其对此可能是有利的，以便于在从动侧(即执行器设备的出口侧)上达到特别高的力。这对于当前的带有锁定的应用而言是重要的，在该应用中固态执行器适宜地朝着固定的端部或带有非常高刚性的端部运行。
根据本发明的执行器设备的液压单元能够可选地附加地具有用于液压液体的储存室。优选地，储存室是压力加载的、尤其借助于布置在储存室中的气压存储器和/或借助于储存室的柔性壁面力加载的弹簧，也就是说有弹性的元件。
优选地，在根据本发明的执行器设备中储存室是压力加载的，其中，经压力加载的储存室构造且液压连结用于尤其借助于驱动室的压力加载压力加载从动室。以该方式，经压力加载的储存室能够以压力加载从动室，在该从动室中借助于固态执行器的操控如上面所描述的那样可引起压力降低。因此，借助于本发明的该改进方案从动室可被预紧成使得锁定体持久地借助于经压力加载的从动室来锁定、例如夹持或锁止，其中，在需要时锁定体由于从动室的压力降低可被释放。理想地，驱动室借助于如下液压缸来实现，在其中在液压缸中被引导的液压活塞限制驱动室。优选地，液压活塞在面对固态执行器的侧面处限制驱动室。以该方式，固态执行器的偏转可有利地增大驱动室的液压体积，使得从动室由于液压液体由从动室到驱动室中的流动被减压。在该改进方案中，因此可实现在从动室中的减压，使得锁定体可借助于固态执行器的偏转来释放。以该方式可实现所谓的“Normally-Closed常闭”执行器设备，其在正常情况中锁定锁定体且在需要时由于固态执行器的操控释放锁定体。合适地，驱动室以节流阀与储存室相连接，使得驱动室体积的变化导致从动室体积的变化并且液压液体不是在可感知的范围中从储存室流动到驱动室中或回流到储存室中。而是，储存室到驱动室处借助于节流阀的连结主要用于驱动室且因此还有从动室的预紧的压力加载。
根据本发明的一特别优选的改进方案，所提及的固态执行器是压电执行器(Piezoaktor)。压电执行器在过去被证明是固态执行器的特别有希望的设计方案。以其可实现特别精确的运动。其主要缺点、即其较小的机械行程可如所描述的那样通过后续的液压单元来补偿。
特别优选地，执行器设备的压电执行器构造为压电堆执行器。压电堆执行器是由现有技术基本上已知的由多个单独的作为层堆布置的压电元件构成的串联。这样的堆执行器是特别有利的，以便以压电执行器也已达到相比这以单个压电元件可实现的更高的运动幅度。
然而，本发明不必然被限制于作为固态执行器的压电执行器。如此压电执行器的已知的优点和缺点中的许多也适用于其它类型的固态执行器。对其而言，相对较小的行程也可通过后续的液压单元来增大。根据本发明的一优选的改进方案，所提及的固态执行器例如是磁致伸缩的执行器或电致伸缩的执行器。备选地，该固态执行器也可以是形状记忆执行器。
在本发明的一优选的改进方案中，执行器设备具有控制设备，其被设置用于取决于锁定体的运动变量控制固态执行器。该运动变量适宜地以锁定体的位置和/或速度和/或加速度形成。备选地或附加地且同样优选地，锁定体的力加载取代运动变量。
借助于根据本发明在执行器设备中所设置的液压设备，因此不是仅(在一定程度上数字地)可调节对于以最大锁定力锁定锁定体的状态和未锁定的状态而言的锁定力，而是此外可调节所有中间状态(在锁定以夹持形式的情况中所有处在以最大的夹持力夹持与未夹持的状态之间的状态)。
因此在锁定以夹持形式的情况中尤其可调节制动可运动的夹持体的夹持力。特别适宜地，在一改进方案中根据本发明的执行器设备具有这样的控制设备，其调节固态执行器成使得夹持体在其由于取消夹持被加速之后被尤其制动成使得可避免夹持体从可能存在的止挡弹回。
优选地，控制设备被构造成通过如下方式控制从动室的填充的控制且因此借助于反馈控制到夹持体上的制动力的调节，即，运动变量尤其如夹持体的速度值和/或加速度值和/或位置值或由此推导出的量和/或锁定体的力加载被使用于反馈。尤其地，控制设备被构造成通过如下方式调节夹持力，即，从动室的填充和/或固态执行器的偏转形成控制量而夹持体的速度和/或加速度和/或位置和/或锁定体的力加载形成操纵量或调节量。优选地，在夹持设备已释放夹持体且弹簧元件已加速夹持体之后然后进行调节。尤其地，控制设备被构造用于受控制地将夹持体制动或防回弹。
根据本发明的方法用于夹持夹持体且为此使用根据本发明的执行器设备，其中，执行器设备以固态执行器和与固态执行器机械串联的液压单元来形成。在此，液压单元具有可填充或被填充以液压液体的液压体积。有利地，固态执行器尤其取决于夹持体的运动-或力变量地来控制。
附图说明
接下来，本发明借助在附图中所示出的实施例作进一步说明。其中：
图1示意性地以原理图形式显示了带有液压单元的根据本发明的执行器设备的第一实施例，
图2示意性地以原理图形式显示了带有液压单元的根据本发明的执行器设备的第二实施例，以及
图3示意性地以原理图形式显示了带有液压单元的根据本发明的执行器设备的第三实施例。
具体实施方式
附图1示意性地以原理草图形式显示了带有液压单元的根据本发明的执行器设备的第一实施例。
如在图1中示出的那样，根据本发明的执行器设备10包括弹簧元件20，此处以例如螺旋弹簧形式的压力弹簧，其布置在圆柱形的轴40的端侧30处并且在该端侧30处在轴向A上力加载轴40。可存在传动单元70，该传动单元将轴40的路径转化成执行器元件60的路径，在所显示的实施例中以大于一的传动因子来转化，也就是说轴40的运动被转化成执行器元件60的大出该传动因子的路径。在所显示的实施例中，传动单元70具有接触压力弹簧。在另外的未特别示出的实施例中，传动单元70然而也能够以其他方式来形成。
执行器元件60可朝着机械止挡80运动。相反于以传动单元70可运动的执行器元件60，机械止挡80被固定。如果执行器元件60和机械止挡80彼此贴靠，则执行器设备10处在停歇的状态中。如果执行器设备60和机械止挡80彼此间隔，则执行器设备10处在运行状态中。
执行器元件60和机械止挡80原则上能够以不同的方式和方法来实施。在所示出的实施例中，执行器元件60和机械止挡80实施为板。然而原则上执行器元件60和机械止挡80也能够以其他方式来构造。
在图1中所示出的情形中，执行器元件60与机械止挡80间隔，也就是说执行器设备10处在运行状态中。
弹簧元件20在轴向A上预紧地被压缩且由于轴40在轴向A上的锁定防止其放松。轴40在轴向A上借助于夹钳100被固定，该夹钳在径向上朝向轴40力加载并且将轴40摩擦配合地保持在其轴向位置中。
夹钳100构造成能够中断朝向轴40的力加载且能够轴向地释放轴40。由于轴40的释放，弹簧元件20可放松且在轴向A上力加载轴40。由于轴40借助于弹簧元件20的力加载，轴40在轴向A上可运动，使得执行器元件60可朝向机械止挡80运动而执行器设备可停歇。
夹钳100是液压单元120的部分，夹钳100借助于该液压单元可如下面所描述的那样可受控制地运动地运行：
液压单元120以夹钳100和借助于夹钳100可被夹持的轴40形成用于超快减压的夹持设备。
液压单元120如在图1中所示出的那样具有固态执行器130，其在所显示的实施例中以压电执行器来形成。
在所显示的实施例中，该固态执行器130借助于以活塞缸形式的双向作用的液压缸150的驱动室140被联接。被联接在该上下文中意味着，固态执行器130与液压缸150的驱动室140的边界相连接成使得驱动室140由于固态执行器130的偏转改变其体积。在所显示的实施例中，活塞缸的驱动室140以本身已知的方式由在活塞缸中在活塞缸的轴向上可推动的液压活塞160体积限制且固态执行器130与液压活塞160运动联接，例如形状配合地与布置在液压活塞160的端侧164处的手柄166相连接。在另外的未特别示出的实施例中，代替活塞缸地存在以金属波纹管形式的液压缸150，其具有可运动的端侧，该端侧与固态执行器130运动联接。
原则上，液压缸150也能够以其它方式来实现。根据本发明尤其实质的是，借助于固态执行器130的运动改变液压驱动体积。
在所显示的实施例中，液压活塞160把两个体积分隔开。驱动室140的驱动体积贴靠在液压活塞160的靠近固态执行器130的端侧处，也就是说在固态执行器130朝向液压活塞160的方向上偏转的情形中驱动室140的驱动体积在其大小方面增加。
液压缸150的另一体积190贴靠在液压活塞160的远离固态执行器130的侧面处。
驱动室140的驱动体积和液压缸150的另外的体积190被填充以液压液体195。原则上，液压液体195能够以水或以其他液体形成。在所示出的实施例中，液压液体195以液态金属、例如镓铟锡合金形成。液态金属具有特别低的可压缩性和特别小的热膨胀系数。
另外的体积190经由在实际中始终存在的泄漏与驱动体积相连接。该泄漏在图1中以并联于液压活塞160的节流阀200来象征。
另外的体积190流体引导地与被填充以液压液体195的贮存器210相连接。贮存器210借助于压力加载器件220来预紧，也就是说以压力(此处超压)来加载。由于泄漏，不是仅仅另外的体积190而是整个液压单元120、也就是说尤其还有驱动室140的驱动体积以超压来加载。
在所示出的实施例中，压力加载器件220是位于贮存器210中的气压存储器。在另外的未特别示出的实施例中，压力加载器件220也能够以弹簧来形成，该弹簧力加载贮存器的柔性壁面成使得贮存器210以压力来加载。
驱动室140流体引导地借助于流体管路235与从动室230相连接，在该从动室中为了实现轴40的夹持可实现压力下降：
如果固态执行器130跳跃式地、也就是说借助于电压脉冲来操控，则固态执行器130在方向s上被偏转且轴向推动液压活塞160的手柄166。由此，液压液体195被推到贮存器210中。因为压力加载器件220与液压液体195相比具有更小的弹簧刚度，所以该压力上升由于固态执行器130的较小的伸展而较小。然而由于液压活塞160的偏转，在液压从动室230中发生体积变化。
压力下降在此与由相对体积变化和液压液体的可压缩性构成的商成比例：
在此，相对体积变化意味着关于在体积变化之前的起始体积的体积变化。
在所示出的实施例中，绝对的体积变化通过固态执行器130来预设。为了获得尽可能高的压力下降，对于较高的压力下降而言液压起始体积被保持尽可能小且选择带有特别小的可压缩性的液压液体195。
液态金属例如镓铟锡合金的热膨胀系数为0.0001261/K并且因此仅是甘油的五分之一且仅是水的一半。因此可减少温度引起的对从动室230中的压力的影响。
起始体积和可压缩性越小，越少能量须由固态执行器130来提供，以便实现特定的压力下降。
附加地，为了尽可能高的压力下降如在所显示的实施例中那样带有液压驱动室的固态执行器130可如在图1中所示出的那样双倍或多倍地来设置。
液压单元120的从动室230具有圆柱状管道的形式，其沿着轴向区段全周向地包围轴40。从动室230被带入到周向的管道240中且因此外周向上被固定。由于流入的液压液体195，可减小液压单元120的从动室230的内直径，使得从动室230取决于流入的液压液体195摩擦配合地围绕轴40靠放在该处。
从动室230的表面的可靠放在轴40处的部分形成根据本发明的执行器设备10的上面所提及的夹钳100。借助于该夹钳100，轴40可力配合地固定：由于在液压***中的原有的起始压力，夹钳100在朝向轴40的方向上被力加载，使得轴40在初始状态中被夹持。
在需要时(例如设有根据本发明的执行器设备10的***的临界状态的情况)应从夹钳100释放轴40，使得弹簧元件20可放松且在轴向A上使轴40加速。弹簧元件20如先前所描述的那样构造成机械压力弹簧。备选地，存在压力气体弹簧或其它弹簧元件20代替机械压力弹簧。
在临界状态的情况中，在此之前在夹钳100中被夹持的轴40可通过如下方式被释放，即，该固态执行器(或在多个并联的固态执行器130的情况中这些固态执行器)130***控以使引起在从动室230中的压力下降。由此可松开在夹钳100与轴40之间的夹持且该轴由于弹簧元件20可被加速。以该方式，轴40能够以特别小的时间延迟来运动。
显然，在另外的未特别示出的实施例中可设置有机电式驱动部代替弹簧元件20，其中，驱动能量例如被预存在电容器中。
借助于根据本发明在执行器设备10中所设置的液压设备120，此外不是仅仅(在一定程度上数字地)可调节对于以最大的夹持力夹持轴40的状态和未夹持轴40的状态而言的夹持力，而是此外可调节所有位于以最大的夹持力夹持的与未夹持的状态之间的状态：如此尤其可调节在轴向A上制动轴40的夹持力。未特别在附图中示出地存在一种控制设备，其将固态执行器130调节成使得轴40在其从夹钳100释放之后被制动，更确切地说调节成使得可避免执行器元件60从固定的机械止挡80弹回。该控制设备构造成通过如下方式控制从动室230的填充的控制且因此借助于反馈控制由于夹钳100引起的到轴40上的制动力的调节，即，轴40的加速度值以及速度值和位置值被使用于反馈。在此，夹持力借助于从动室230的填充被调节成使得轴40在执行器元件60的其撞击在机械止挡80处的情形中被突然制动。优选地，在夹钳100已释放轴40且弹簧元件20已使轴40加速之后然后才进行该调节。
在所显示的实施例中，执行器设备10构造用于在机械止挡80的方向上使轴40加速。原则上，执行器设备10也可被构造用于使轴40远离于机械止挡80，例如通过弹簧元件20在轴40处的相应布置。
根据本发明的执行器设备10’的在图2中所示出的另外的实施例在很大程度上相应于根据本发明的执行器设备10的在图1中所示出的实施例。
执行器设备10’然而不同于先前所描述的实施例具有能够以锁销100’来夹持的轴40’代替能够以夹钳100来夹持的轴40。为此，轴40’具有全周向延伸的收缩部42’，其形成凹槽，锁销100’可接合到该凹槽中。锁销100’构造为径向向内伸延的、全周向布置在从动室230的内周缘处的凸缘，其相应地径向突入到凹槽42’中。从动室230为此具有相比先前的实施例在轴向上更短的尺寸。
以该方式，锁销100’可借助于从动室230的填充被带入到凹槽42’中并且可借助于压力下降且因此从动室230的排空被从凹槽42’中带出。相应地，在该图2中所显示的实施例中轴40’可形状配合地借助于锁销100’来固定。
根据本发明的执行器设备10”的在图3中所示出的实施例除了下面所描述的情况之外相应于根据本发明的执行器设备10’的先前所描述的实施例。在此，锁销100’附加地具有传动装置270，其使从动室230的内周缘的运动设有传动因子，使得锁销100’不是直接运动，而是相应于传动因子地以被传动的方式运动。
在借助图1至3所示出的实施例的情况中其是所谓的“Normally-Closed常闭”执行器设备，也就是说轴40,40’在运行状态中被持久地固定、即锁定。轴40,40’仅在需要时(例如临界状态的情况)被释放且借助于弹簧元件20来加速。
原则上，执行器设备在另外的未特别示出的实施例中也可构造为“Normally-Open常开”执行器设备，在其中轴仅在需要时(通常例外情况)被固定。
Claims (19)
1.构造用于锁定的执行器设备，带有固态执行器(130)和与所述固态执行器(130)机械串联的液压单元(120)，其中，所述液压单元(120)具有被填充以液压液体(195)的液压体积，
所述固态执行器(130)构造为压电执行器或者具有磁致伸缩的执行器或具有电致伸缩的执行器或具有形状记忆执行器；
所述执行器设备构造用于以夹持或形状配合的固定的形式锁定；
所述执行器设备包括能够借助于所述液压单元来锁定的锁定体；以及
所述锁定体是夹持体(40)或者形状配合体(40’)，所述夹持体借助于所述液压单元(120)能够夹持，所述形状配合体借助于所述液压单元(120)能够形状配合地固定。
2.根据权利要求1所述的执行器设备，其具有弹簧元件(20)或驱动元件，其布置且构造用于力加载所述锁定体或者用于驱动所述锁定体。
3.根据权利要求2所述的执行器设备，在其中所述弹簧元件(20)或驱动元件具有蓄压器或磁体。
4.根据权利要求1所述的执行器设备，在其中所述执行器设备具有至少一个夹持面，其构造用于摩擦配合地接合构造为夹持体的所述锁定体或者具有凸缘(100’)，其构造用于形状配合地接合构造为形状配合体的所述锁定体。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述执行器设备(10)构造用于周向地夹持所述夹持体。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述液压液体(195)具有液态金属。
7.根据权利要求4所述的执行器设备，在其中所述液压单元(120)构造用于将从所述固态执行器(130)出发的带有不等于一的传动比的运动传递到待运动的元件或构造用于形状配合地固定所述形状配合体的形状配合元件上。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述液压单元(120)具有至少一个驱动室(140)、从动室(230)以及连接所述驱动室(140)和从动室(230)的液压管路(235)。
9.根据权利要求8所述的执行器设备，在其中所述液压单元(120)具有至少一个部分限制所述驱动室(140)的驱动元件(160)，其能够借助于所述固态执行器(130)运动，其中，通过所述驱动元件(160)的运动能够引起所述液压液体(195)在驱动室(140)与从动室(230)之间的流动或者能够引起所述从动室的压力降低。
10.根据权利要求8所述的执行器设备，在其中所述液压单元(120)附加地具有用于所述液压液体(195)的储存室(210)。
11.根据权利要求10所述的执行器设备，在其中所述储存室(210)被压力加载，其中，经压力加载的所述储存室(210)被构造且液压连结用于压力加载所述从动室(230)。
12.根据权利要求1所述的执行器设备，在其中所述执行器设备具有至少两个锁定体。
13.根据权利要求1所述的执行器设备，在其中存在控制设备，其设定成取决于所述锁定体的运动变量或所述锁定体的力加载地控制所述固态执行器(130)。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述液压液体(195)具有易熔合金。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述液压液体(195)为在常压下在20℃的温度时为液态的液压液体(195)。
16.根据权利要求1所述的执行器设备，在其中，所述固态执行器(130)构造为压电堆执行器。
17.根据权利要求1所述的执行器设备，在其中，所述固态执行器(130)是磁致伸缩的执行器或电致伸缩的执行器或形状记忆执行器。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的执行器设备，在其中所述液压液体(195)为在所述执行器设备的运行温度的情形中和运行压力的情形中为液态的液压液体(195)。
19.用于借助于根据权利要求1-18中任一项所述的执行器设备夹持夹持体的方法，在其中所述固态执行器(130)受控制。
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